Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hirnschäden mit virtueller Realität therapieren

05.07.2013
Projekt des Bielefelder Exzellenzclusters CITEC entwickelt medizinische 3D-Trainingsumgebung

Nach vier Jahren endete nun das Projekt CITmed des Exzellenzclusters CITEC der Universität Bielefeld. Ziel des Projekts war es, eine Trainingsmöglichkeit für Menschen zu entwickeln, deren Gedächtnis, räumliche Orientierung oder visuelle Wahrnehmung durch einen Hirnschaden gestört sind.

Das CITEC-Forschungsteam setzte dabei auf virtuelle Realität, um kognitive Fähigkeiten der Patienten wieder aufzubauen. Es entwickelte die 3D-Trainingsumgebung „OctaVis“, mit der sich Alltagssituationen simulieren und trainieren lassen. Die Wissenschaftler testeten, wie stark sich Patienten in einer alltagsnahen Supermarkt-Simulation verbesserten.

Das Ergebnis: Nach acht Tagen Training konnten die Patienten sich nicht nur mehr Produkte merken und fanden sich besser in dem virtuellen Supermarkt zurecht, sie verbesserten auch ihre grundsätzlichen räumlich-visuellen Leistungen.

„Wenn einzelne Hirnareale geschädigt sind, können deren Aufgaben von anderen Teilen des Gehirns übernommen werden. Diese Teile des Gehirns müssen die neuen Aufgaben aber erst lernen“, sagt Professor Dr. Mario Botsch, Leiter des CITmed-Projekts. In vielen Rehabilitationsprogrammen werden mentale Fähigkeiten nur isoliert trainiert, weswegen die Trainingserfolge oftmals nur unzureichend in den Alltag übertragen werden können. „Das Training muss alltagsnäher sein, wie zum Beispiel unsere Supermarkt-Simulation. Dafür haben wir das OctaVis entwickelt“,sagt Botsch. CITmed steht für Cognitive Interaction Technology for Medicine (Kognitive Interaktionstechnologie in der Medizin) – es geht es um die Entwicklung eines intuitiv bedienbaren Systems für medizinische Anwendungen in der virtuellen Realität. Mitte Mai zeichnete die Forschungsgesellschaft Eurographics das Projekt mit dem dritten Platz des renommierten „Dirk Bartz Eurographics Medical Prize“ aus. Der Preis wird alle zwei Jahre zu Ehren von Dirk Bartz, einem Pionier der medizinischen Visualisierung, verliehen.

Das 3D-System OctaVis besteht aus einem Ring von acht hohen Monitoren, die den Nutzer umgeben. Auf den Bildschirmen sieht er die simulierte virtuelle Umgebung, im CITmed-Projekt also die Gänge und Regale eines Supermarktes. Er sitzt auf einem Drehstuhl und kann sich mit einem Steuerknüppel zur Seite und nach vorne bewegen, um dann per Berührung des Bildschirms den jeweiligen Artikel in seinen Warenkorb zu befördern. Auch der Drehstuhl ist mit den Bildschirmen gekoppelt. Will der Nutzer in eine andere Richtung, dreht er sich auf seinem Stuhl nach links oder rechts. Die initiale Idee für diese Konstruktion stammt von Professor Dr. York Winter, der bis 2009 an der Universität Bielefeld forschte und anschließend von der Humboldt Universität Berlin aus an dem Projekt mitarbeitete. „Das Gerät ist leicht zu bedienen“, sagt Botsch. Das sei wichtig, damit auch Nutzer, die nicht mit Computern vertraut sind, ohne Schwierigkeiten in die virtuelle Umgebung eintauchen können. „Unsere älteste Probandin war beim Test 94 Jahre alt. Sie hat die Aufgaben ohne Probleme gemeistert.“

2009 startete das Forschungsprojekt CITmed, gefördert durch das Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen im Rahmen des Spitzentechnologiewettbewerbs „HighTech.NRW“ und unterstützt durch den Exzellenzcluster CITEC. Verantwortet wird das interdisziplinäre Projekt von der Arbeitsgruppe „Computergrafik und Geometrieverarbeitung“ unter der Leitung von Professor Botsch. Ein Team aus Informatikern und Technikern war für die technische Entwicklung zuständig. Die klinischen Studien wurden von Psychologen unter der Leitung von Dr. Martina Piefke, mittlerweile Professorin an der Universität Witten-Herdecke, entwickelt und durchgeführt. Die Supermarkt-Simulation ist die erste Anwendung für das System. „Wir haben sie mit Personen getestet, bei denen ein Hirnfunktionsschaden diagnostiziert wurde, zum Beispiel durch einen Schlaganfall oder Epilepsie“, sagt Botsch. Dafür installierte das Forschungsteam das System im Evangelischen Krankenhaus der v. Bodelschwinghschen Stiftungen Bethel, und zwar in der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie, der Klinik für Neurologie und im Epilepsie-Zentrum. Außerdem testete das Team das Gerät in der Marcus-Klinik in Bad Driburg.

„Wir haben als Anwendung das Supermarkt-Szenario gewählt, weil es alltagsnah ist und die Kombination mehrerer kognitiver Fähigkeiten erfordert und trainiert“, erklärt Mario Botsch. Für die Studie bekamen die Patienten die Aufgabe, bestimmte Lebensmittel in dem virtuellen 3D-Supermarkt einzukaufen. Dafür wurde ihnen eine Liste mit 20 Produkten vorgelesen. Die Testpersonen mussten sich die Liste merken, die Artikel im Supermarkt finden und in ihrem Warenkorb sammeln. „Ein wichtiger Erfolg für uns war, dass sich jeder Teilnehmer gut mit der Bedienung zurechtfand, obwohl es sich größtenteils um ältere Patienten ohne nennenswerte Computererfahrung handelte“, sagt Botsch. Jeder Patient wiederholte diese Aufgabe an acht Tagen, wobei am siebten Tag eine „Störliste“ mit ganz anderen Waren verwendet wurde. Am letzten Tag wurde wieder die Originalliste eingekauft, sie wurde aber im Gegensatz zu den vorherigen Tagen nicht mehr vorgelesen.

Das Forschungsteam erfasste, welche Artikel die Patienten kauften und auf welcher Route sie sich durch den Markt bewegten. Die Auswertung der Untersuchungsdaten zeigt: Im Laufe der Tage können sich die Patienten mehr Produkte merken als zu Beginn des Trainings. „Und diese Lernleistung ist erstaunlich stabil: Obwohl wir die Patienten am siebten Tag mit der Störliste abgelenkt haben, hatten sie am achten Tag, als sie aus dem Kopf die Waren der ursprüngliche Liste einkaufen sollten, davon noch einen Großteil im Gedächtnis“, sagt Botsch. Hinzu kommt, dass sich die Testpersonen im Lauf des Trainings zunehmend besser in der Supermarkt-Umgebung orientieren können. „Sie brauchten immer weniger Zeit, um die Waren einzusammeln, und sie mussten dafür auch weniger Strecke zurücklegen als zu Beginn des Trainings.“

Das Training sorgte aber nicht nur dafür, dass sich die Studienteilnehmer in dem simulierten Supermarkt verbessern. „Die räumlich-visuellen Leistungen haben sich bei vielen Patienten grundsätzlich verbessert“, sagt Mario Botsch. Die Probanden hatten vor und nach dem Training die Aufgabe, sich ein komplexes Bild einzuprägen und es aus dem Gedächtnis nachzuzeichnen. Bei diesem neuropsychologischen Standardtest verbesserten sich die Schlaganfall-Patienten signifikant um knapp ein Fünftel und die Epilepsie-Patienten um ein Sechstel.

Kontakt:
Professor Dr. Mario Botsch, Universität Bielefeld
Exzellenzcluster Kognitive Interaktionstechnologie (CITEC)
Telefon: 0521 106-12146
E-Mail: botsch@techfak.uni-bielefeld.de

Ingo Lohuis | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bielefeld.de
http://www.graphics.uni-bielefeld.de/research/citmed/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Bei Notfällen wie Herzinfarkt und Schlaganfall immer den Notruf 112 wählen: Jede Minute zählt!
22.06.2017 | Deutsche Herzstiftung e.V./Deutsche Stiftung für Herzforschung

nachricht Tropenviren bald auch in Europa? Bayreuther Forscher untersuchen Folgen des Klimawandels
21.06.2017 | Universität Bayreuth

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften